Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 1

Transcrição

1 Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 1

2 TRELIÇA ESPACIAL COMPOSTA POR 6 NÓS E 12 BARRAS UM MÓDULO DE TORRES DE TELECOMUNICAÇÕES INTRODUÇÃO Pretende-se, exemplificar o uso do elemento de treliça espacial. Para tal, utilizaremos um módulo apenas de uma torre de telecomunicações, esquematizado na figura abaixo, considerando-se tal módulo submetido à força de arrasto provocado pelo vento. Figura 1 Esquema de um módulo de torre a ser analisado. Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 2

3 Figura 2 Malha de elementos finitos. Numeração dos nós e elementos. PROPRIEDADES GEOMÉTRICAS Tubos de diâmetro igual 0.01 m e espessura e = m, resultando para área da seção transversal S = E-5. PROPRIEDADES DOS MATERIAIS Módulo de elasticidade do material das barras: 2.07E11 Pa (aço ASTM A36). Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 3

4 RESOLUÇÃO O procedimento de resolução pode ser demonstrado no seguinte fluxograma: Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 4

5 COMANDOS ANSYS 9.0ED A 1. INÍCIO DA ANÁLISE 1.1. Introduz o título do problema a ser resolvido: No ANSYS Utility Menu clicar em file e acessar a opção Change Title... ; Na nova janela que aparecer, digitar novo título: Torre 3D de telecomunicações análise de um módulo ; Clicar em OK Altera o nome dos arquivos: No ANSYS Utility Menu clicar em file e acessar a opção Change Jobname... ; o Na nova janela que aparecer, digitar novo nome do arquivo: Torre 3D ; Clicar em OK Escolhe o tipo de análise que se pretende executar, visando filtrar comandos a serem apresentados na telas de entrada: No ANSYS Main Menu clicar em Preferences ; Na nova janela que aparecer, em Discipline for filtering GUI Topics, selecionar a opção Structural ; Clicar em OK. B 2. ENTRA NA FASE DE PRÉ-PROCESSAMENTO No ANSYS Main Menu, clicar em Preprocessor Escolhe o tipo de elemento finito que será usado: Dentro do Preprocessor, selecionar Element Type ; Dentro do Element Type, selecionar Add/Edit/Delete ; Na nova janela que abrir, clicar em Add... para selecionar um novo elemento. Outra janela se abrirá, então no Library of Element Types selecionar o elemento Link, 3D spar 8 e clicar em OK. Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 5

6 C 2.2. Define as constantes geométricas da seção das barras que compõe o modelo: Dentro do Preprocessor, selecionar Real Constants ; Dentro do Real Constants, selecionar Add/Edit/Delete ; Na nova janela que abrir, clicar em Add... para adicionar uma nova área de seção transversal; Uma nova janela se abrirá então selecionar o tipo de elemento em Choose element type e clicar em OK; A janela Real Constants Set Number 1, for LINK 8 irá aparecer. Devese inserir: o Real Constant Set No. = 1 o Cross-sectional Area AREA = E-5 Clicar em OK. Clicar em CLOSE. Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 6

7 D 2.3. Define as propriedades do material que compõe as barras: Dentro do Preprocessor, selecionar Material Props ; Dentro do Material Props, selecionar Material Models ; Na nova janela que abrir, para o Material Model Number 1, no quadro Material Models Available selecionar: Structural>Linear>Elastic>Isotropic ; Dar um duplo clique em Isotropic ; A janela Linear Isotropic Material Properties for Material Number 1 ira abrir. Inserir na lacuna EX o valor referente ao Módulo de Elasticidade do material e clicar em OK : o EX = 2.07E11; Fechar a janela Define Material Model Behavior. Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 7

8 E 2.4. Cria o modelo geométrico: Numera nós e elementos: No ANSYS Utility Menu clicar em PlotCtrls e acessar a opção Numbering ; Na nova janela que aparecer, selecionar: o NODE Node Numbers ON o Elem-Attrib numering Element Numbers Clicar em OK. Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 8

9 Cria os nós que compõe a malha de elementos finitos no sistema de coordenadas ativo: Dentro do Preprocessor selecionar Modeling, Create, Nodes, In Active CS ; Na nova janela que abrir, inserir um número para o nó que será criado em NODE Node Number e as coordenadas X e Y; Para criar o primeiro nó: o NODE Node Number : 1; o X,Y,Z Location in active CS : X = Y = ; Clicar em APLY ; Para criar o próximo nó: o NODE Node Number : 2; o X,Y,Z Location in active CS : X = Y = ; Clicar em APPLY ; Para criar o próximo nó: o NODE Node Number : 3; o X,Y,Z Location in active CS : X = 0 Y = ; Clicar em OK ; Para gerar os nós 4, 5 e 6 usaremos o comando de geração (funciona como um OFFSET ): Dentro do Preprocessor selecionar Modeling, Copy, Nodes ; Na nova janela que abrir clicar em PICK ALL ; Na janela Copy nodes [NGEN] determinar: o ITIME (número de cópias incluindo o modelo) = 2; o DZ (Incremento na coordenadas z) = 0.15; o NINC (Incremento no número do nó) = 3; Clicar em OK e os nós 4, 5 e 6 serão criados. Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 9

10 Muda a direção da plotagem: No ANSYS Utility Menu selecionar Plot Ctrls, Plot, Zoom, Rotate ; o Dynamic Mode; o Apertando o botão direiro do mouse para girar Cria os elementos: Dentro do Preprocessor selecionar Modeling, Create, Elements, Elements Attributes para selecionar qual dos atributos definidos serão introduzidos nos elementos a serem criados: Na nova janela que abrir escolher: o TYPE 1 o MAT 1 Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 10

11 o REAL 1 Clicar em OK. Para criar os elementos que compõe o banzo inferior da treliça: dentro do Preprocessor selecionar Modeling, Create, Elements, Auto Numbered, Thru Nodes ; Apontar os nós 1 e 2 e clicar em APPLY ; Apontar os nós 2 e 3 e clicar em APPLY ; Apontar os nós 3 e 1 e clicar em APPLY ; Apontar os nós 4 e 5 e clicar em APPLY ; Apontar os nós 5 e 6 e clicar em APPLY ; Apontar os nós 6 e 4 e clicar em APPLY ; Apontar os nós 2 e 5 e clicar em APPLY ; Apontar os nós 1 e 4 e clicar em APPLY ; Apontar os nós 3 e 6 e clicar em APPLY ; Apontar os nós 2 e 4 e clicar em APPLY ; Apontar os nós 3 e 4 e clicar em APPLY ; Apontar os nós 2 e 6 e clicar em OK ; F 2.5. Aplicar as condições de contorno: Aplicar apoios para o primeiro step de carga: Dentro do Preprocessor selecionar Loads, Define Loads, Apply, Structural, Displacement, On Nodes ; Na nova janela que abrir apontar os nós 1, 2 e 3 e clicar em OK ; Outra janela irá aparecer então selecionar no campo DOFs to be constrained a opção ALLDOF (irá restringir o movimento dos nós 1, 2 e 3 em todas as direções) e clicar em OK ; Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 11

12 Aplicar as cargas: Dentro do Preprocessor selecionar Loads, Define Loads, Apply, Structural, Force/Moment, On Nodes ; Apontar os nós 4 e 5 e clicar em APPLY ; Na nova janela inserir: o Direction of forca/mom FY o VALUE Force/moment value Clicar em OK Salvando dados no arquivo Torre3D.db No ANSYS Toolbar clicar em SAVE_DB. G 3. SOLUÇÃO No ANSYS Main Menu dentro do Solution clicar em Solve, Current LS ; Clicar em OK. Na janela Information: Solution is done clicar em CLOSE. No ANSYS Toolbar clicar em SAVE_DB para salvar os dados mais a solução no arquivo. H 4. PÓS PROCESSAMENTO 4.1. Gera, lista e plota os resultados: Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 12

13 No ANSYS Main Menu dentro do General Postproc clicar em Read Results, First Set para recuperar, plotar e listar os resultados para o primeiro STEP de carga; Então, ainda dentro do General Postproc clicar em Element Table, Define Table, Add ; Na nova janela, definir: o LAB FX o Item, comp By sequence number SMISC SMISC,1 Clicar em OK (Define itens adicionais para a tabela de resultados). Após, verificar a listagem da tabela e clicar em CLOSE. No ANSYS Main Menu dentro do General Postproc clicar em Plot Results, Deformed Shape para visualizar a configuração deformada da estrutura; Na janela Plot Deformed Shape, selecionar a opção Def+undeformed e clicar em OK ; Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 13

14 No ANSYS Main Menu dentro do General Postproc clicar em Plot Results, Contour Plot, Line Elem Res para plotar os resultados do elemento; Na janela Plot Line-Element Results, selecionar: o LABI FX o LABJ FX Clicar em OK ; Os resultados aparecerão em uma escala de cores; No ANSYS Main Menu dentro do General Postproc clicar em List Results, Nodal Solution para listar os deslocamentos dos nós; Inserir na janela que abrir: Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 14

15 o Item, comp DOF solution All U s UCOMP Clicar em OK ; No ANSYS Main Menu dentro do General Postproc clicar em List Results, Reaction Solution para listar as reações nodais; Inserir na janela que abrir: o Lab All Struc Forc F Clicar em OK ; No ANSYS Main Menu dentro do General Postproc clicar em List Results, Element Table Data para listar o conteúdo da tabela obtida como comando ETABLE ( Element Table, definido no início do pós processamento); Na janela List Element Table Data, selecionar: o Lab 1-9 FX Clicar em OK. Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 15

16 5.0 SALVANDO ARQUIVOS E SAINDO DO PROGRAMA: No ANSYS Tollbar, clicar em SAVE_DB para salvar no Data Base; Ainda no ANSYS Toolbar, clicar em QUIT ; Na nova janela, selecionar a opção Save everything e clicar em OK. Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 16

17 RESULTADOS Figura 1 Reações de apoio. Figura 2 Esforço normal nas barras. Método dos Elementos Finitos Aplicado à Engenharia de Estruturas Página 17